説明

チップ実装方法

【課題】 加圧力を高めず、しかも、多様な基板に安定的にチップを実装することが可能なチップ実装方法を提供する。
【解決手段】 プリント基板1の実装面に接着剤2を塗布し、プリント基板1の実装面にチップ3を配置して、第1の押圧力でスタッドバンプ4をプリント基板1に押圧し、接着剤2が硬化する硬化温度よりも低い予熱温度まで、接着剤2を加熱する。その後、第1の押圧力よりも大きい第2の押圧力で、スタッドバンプ4をプリント基板1に押圧し、接着剤2を硬化温度まで加熱する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、熱硬化性の接着剤を介して、バンプを配設したチップを基板の上に実装するチップ実装方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電子部品の小型化による回路の高密度・高精細化にともない、チップを基板に実装する方法として、フリップチップ実装方法が採られている。この方法は、チップの接合面に突起電極(バンプ)を形成し、その接合面を下に向けて基板上に積層、接合する方法であり、熱硬化性の接着剤を介してチップと基板とを接合する方法が知られている。具体的には、図3に示すように、接着剤2をプリント基板1に塗布し(第1の工程、図3(a))、ツールTで保持したICチップ3をプリント基板1上に実装し、ICチップ3のスタッドバンプ4をプリント基板1に押圧する(第2の工程、図3(b))。次に、スタッドバンプ4を押圧した状態で接着剤2が硬化する温度(硬化温度、200℃)まで加熱する(第3の工程、図3(c))ものである。
【0003】
このように、第2の工程において、スタッドバンプ4をプリント基板1に押圧するのは、プリント基板1やスタッドバンプ4などに高い平坦度が得られていない場合があり、このような低い平坦度(歪み、たわみなど)を吸収して、プリント基板1とスタッドバンプ4との接合性を高めるためである。ここで、図4に示すように、スタッドバンプ4への荷重は、プリント基板1への実装・配置とほぼ同時に最大値となり、接着剤2の温度は、約50℃から徐々に上昇し、200℃のピーク温度に達する。そして、この200℃の状態を約10秒間維持して接着剤2が完全に硬化した後に、スタッドバンプ4への荷重を解除するとともに、加熱を停止するものである。
【0004】
また、ICチップの接続方法として、回路基板とICチップとを所定の温度で加熱し、回路基板の伸び量とICチップの伸び量の差を極小とする技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2000−332391号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、上記の第3の工程においてツールTから接着剤2を加熱して硬化させる場合に、接着剤2が徐々に硬化するとともに、ツールTからの熱でプリント基板1も加熱される。そして、この加熱により、図3(c)に示すように、接着剤2が完全に硬化する前に、プリント基板1の実装面が熱変形してしまう。しかも、上記のように、接着剤2が初期温度の50℃から硬化温度の200℃まで150℃上昇するため、プリント基板1の温度上昇も大きく、プリント基板1が大きく変形する。
【0007】
このため、加熱前にスタッドバンプ4をプリント基板1に押圧しても、スタッドバンプ4とプリント基板1の実装面との間に間隙S(例えば約1μmの隙間)が形成され(断線し)、スタッドバンプ4とプリント基板1との密着性が低下してしまう。このような密着性の低下を解消するために、スタッドバンプ4の押圧力(加圧力)を高めることが考えられるが、これでは、ICチップ3などへの内部応力が高まり、ICチップ3が接着剤2から剥離するおそれがある。つまり、信頼性が低下する。また、平坦度が高いプリント基板や、熱膨張率が小さいプリント基板などを用いることで、密着性の低下を解消することも可能であるが、このようなプリント基板は高額であり、多大な費用を要する。
【0008】
一方、特許文献1の技術は、回路基板の反りやクラックなどの変形を低減することはできるが、基板が変形した場合に、回路基板とバンプとの密着性を維持することはできない。
【0009】
そこで本発明は、加圧力を高めず、しかも、多様な基板に安定的にチップを実装することが可能なチップ実装方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、接合面にバンプが配設されたチップを、熱硬化性の接着剤を介して基板の上に実装するチップ実装方法であって、前記基板の実装面に前記接着剤を塗布し、前記基板の実装面に前記チップを配置して、第1の押圧力で前記バンプを前記基板に押圧し、前記接着剤が硬化する硬化温度よりも低い予熱温度まで、前記接着剤を加熱し、前記第1の押圧力よりも大きい第2の押圧力で、前記バンプを前記基板に押圧し、前記接着剤を前記硬化温度まで加熱する、ことを特徴とする。
【0011】
この発明によれば、チップのバンプを第1の押圧力で基板に押圧した状態で、接着剤が予熱温度まで加熱され、これにより、基板も加熱されて熱変形(第1の変形)する。続いて、バンプが第2の押圧力で基板に押圧され、接着剤が硬化温度まで加熱される。これにより、接着剤が完全に硬化するとともに、基板が熱変形(第2の変形)する。
【発明の効果】
【0012】
請求項1に記載の発明によれば、接着剤を予熱温度まで加熱することで基板が第1の変形をしても、その後、第2の押圧力でバンプを基板に押圧することで、バンプと基板とが密着する。さらに、接着剤を硬化温度まで加熱することで基板が第2の変形をするが、予熱温度から硬化温度までの温度差を小さく設定することで、第2の変形量が小さくなり、バンプと基板との密着性を維持することが可能となる。つまり、チップを基板に安定して実装することが可能となる。しかも、接着剤が硬化しない予熱温度の時点で第2の押圧力でバンプを押圧するため、バンプの加圧力・押圧力を高める必要がなく、また、基板の変形に応じてバンプが基板に密着するため、平坦度が高い基板や熱膨張率が小さい基板などを用いる必要もない。つまり、多様な基板に対して、安定的にチップを実装することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の実施の形態に係わるチップ実装方法の手順を示す概略図であって、(a)は、プリント基板の実装面に接着剤を塗布した状態を示す図、(b)は、プリント基板の実装面にチップを実装し、スタッドバンプを第1の押圧力で押圧する状態を示す図、(c)は、接着剤を予熱温度まで加熱した状態を示す図、(d)は、接着剤を加熱したままスタッドバンプを第2の押圧力で押圧した状態および接着剤を硬化温度まで加熱した状態を示す図である。
【図2】図1のチップ実装方法における接着剤の温度変化とスタッドバンプへの荷重変化を示すグラフである。
【図3】従来のチップ実装方法の手順を示す概略図であって、(a)は、プリント基板の実装面に接着剤を塗布した状態を示す図、(b)は、プリント基板の実装面にチップを実装し、スタッドバンプを押圧した状態を示す図、(c)は、接着剤を硬化温度まで加熱した状態を示す図である。
【図4】図3のチップ実装方法における接着剤の温度変化とスタッドバンプへの荷重変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
次に、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
【0015】
図1は、この実施の形態に係わるチップ実装方法の手順を示しており、このチップ実装方法は、接合面にバンプを備えたチップを、接着剤を介して基板に実装、接合する方法である。この実施の形態では、プリント基板(基板)1の材質がガラス・エポキシ(FR−4)であり、接着剤2が、所定の条件で硬化する、具体的には、200℃で10秒間加熱あるいは150℃で100秒間加熱することで硬化するエポキシ樹脂接着剤で、ICチップ(チップ)3の接合面に、多数の金ボール状のスタッドバンプ(バンプ)4を備えている場合について説明する。
【0016】
まず、図1(a)に示すように、プリント基板1の実装面に接着剤2を塗布する。塗布する量は、プリント基板1の実装面とICチップ3の接合面とを重ね合わせたときに、プリント基板1とICチップ3との間に隙間がなく、適正に接合される程度の量とする。このとき、プリント基板1を50℃に保温する。
【0017】
次に、図1(b)に示すように、プリント基板1の実装面にICチップ3を実装・配置し、第1の押圧力でスタッドバンプ4をプリント基板1に押圧する。ここで、第1の押圧力は、スタッドバンプ4がほとんどつぶれず、かつ、後述する第1の加熱によってプリント基板1が大きく変形するのを抑制可能な大きさに設定されている。つまり、スタッドバンプ4をプリント基板1に接触させる程度では、第1の加熱によってプリント基板1が大きく変形するため、このような変形を抑制可能な押圧力とし、かつ、後述する第2の押圧力も考慮して設定されている。例えば、この実施の形態では、3kgfに設定されている。そして、このような押圧を、図2に示すように、後述する第1の加熱が完了するまで(接着剤2が後述する予熱温度150℃に達するまで)維持する。
【0018】
さらに、スタッドバンプ4を第1の押圧力で押圧するタイミングと同時に、図1(c)に示すように、接着剤2の加熱を開始する。この加熱は、ICチップ3を保持するツールTによって行われる。
【0019】
この加熱により、図2に示すように、接着剤2およびプリント基板1の温度が上昇し、その温度が予熱温度に達した時点で、スタッドバンプ4の押圧力を第1の押圧力から第2の押圧力に上昇させる。ここで、予熱温度までの加熱を第1の加熱とし、この予熱温度は、接着剤2が完全に熱硬化する温度(硬化温度)よりも低い温度で、第1の加熱によってプリント基板1をできるだけ変形させ、かつ、接着剤2が硬化しない温度に設定されている。つまり、接着剤2が硬化しない範囲で、できるだけ高く設定し、後述する第2の加熱によるプリント基板1の変形が小さくなるように、予熱温度が設定され、この実施の形態においては、150℃に設定されている。
【0020】
このような第1の加熱により、図1(c)に示すように、プリント基板1が熱変形(第1の変形)し、スタッドバンプ4とプリント基板1の実装面とに間隙Sが形成されるおそれ、つまり密着性が低下するおそれがある。しかしながら、スタッドバンプ4の押圧力が第2の押圧力に上昇することで、図1(d)に示すように、スタッドバンプ4がプリント基板1の変形に追従して変形し、スタッドバンプ4とプリント基板1とが密着する。ここで、第2の押圧力は、プリント基板1の第1の変形を吸収して(変形に追従して)、かつ、プリント基板1に密着し、かつ、できるだけ小さくなるように設定され、この実施の形態では、従来の押圧力と同様に、15kgfに設定されている。
【0021】
続いて、接着剤2およびプリント基板1の温度がさらに上昇し、図2に示すように、その温度が200℃(硬化温度)に達すると、その温度および第2の押圧力を10秒間継続、維持する。これにより、接着剤2が完全に硬化するとともに、プリント基板1が熱変形(第2の変形)し、その後、ツールTによる加熱と押圧とを解除、停止するものである。ここで、予熱温度から硬化温度までの加熱を第2の加熱とし、硬化温度および維持時間は、接着剤2の材質や第1の加熱によって設定される。
【0022】
このようなチップ実装方法によれば、接着剤2を150℃まで加熱することで、プリント基板1が第2の変形に比べて大きく変形するが、スタッドバンプ4の押圧力を3kgfから15kgfに上昇させることで、スタッドバンプ4とプリント基板1との密着性が維持(再密着)される。その後、接着剤2を200℃まで加熱しても、150℃から200℃までの温度上昇であるため、プリント基板1の変形量が小さく、スタッドバンプ4とプリント基板1との密着性を維持することができる。
【0023】
このように、ICチップ3をプリント基板1に安定して実装することが可能となる。しかも、接着剤2が硬化しない予熱温度の時点で第2の押圧力でスタッドバンプ4を押圧するため、スタッドバンプ4の加圧力・押圧力を高める必要がなく、上記のように、従来の押圧力と同じ力でよい。この結果、ICチップ3などへの内部応力が、高くなることもない。また、プリント基板1の第1の変形に応じてスタッドバンプ4がプリント基板1に密着するため、平坦度が高いプリント基板1や熱膨張率が小さいプリント基板1などを用いる必要もない。つまり、多様なプリント基板1に対して、安定的かつ安価にICチップ3を実装することが可能となる。
【0024】
さらに、接着剤2やツールTなどチップ実装に使用するものは、従来のチップ実装方法で使用するものと同様であり、すべて既存品を使用可能であるため、チップ実装を容易かつ低コストに行うことが可能となる。また、押圧力(第2の押圧力)や加熱温度(硬化温度)が従来の押圧力や加熱温度と同じであるため、実装設備を大きく変更する必要がなく、しかも、サイクル時間(実装時間)が大きく変わることもないため、高い生産性を維持することができる。
【0025】
以上、この発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、200℃の状態を10秒間維持して接着剤2を完全に硬化させているが、接着剤2の硬化特性やプリント基板1の変形量などに応じて、より低い温度で長時間維持したり、より高い温度で短時間維持したりして接着剤2を硬化させてもよい。
【符号の説明】
【0026】
1 プリント基板(基板)
2 接着剤
3 ICチップ(チップ)
4 スタッドバンプ(バンプ)
T ツール

【特許請求の範囲】
【請求項1】
接合面にバンプが配設されたチップを、熱硬化性の接着剤を介して基板の上に実装するチップ実装方法であって、
前記基板の実装面に前記接着剤を塗布し、
前記基板の実装面に前記チップを配置して、第1の押圧力で前記バンプを前記基板に押圧し、
前記接着剤が硬化する硬化温度よりも低い予熱温度まで、前記接着剤を加熱し、
前記第1の押圧力よりも大きい第2の押圧力で、前記バンプを前記基板に押圧し、
前記接着剤を前記硬化温度まで加熱する、
ことを特徴とするチップ実装方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2012−9676(P2012−9676A)
【公開日】平成24年1月12日(2012.1.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−145091(P2010−145091)
【出願日】平成22年6月25日(2010.6.25)
【出願人】(000004330)日本無線株式会社 (1,186)
【Fターム(参考)】